一种压缩机管道脉动测试方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于振动与噪声传递测试方法领域，具体涉及一种压缩机管道脉动测试方 法。
【背景技术】
[0002] 往复式压缩机和离心栗均为工艺装置和辅助机械中重要的机械设备。往复式压缩 机的工作特点是活塞在气缸中进行周期性的往复运动，引起吸排气呈间歇性和周期性，管 路内的气体参数，压力、速度、振动、噪声等都随时变化；离心栗的工作原理是在启动之前， 栗内灌满液体，启动后，原动机通过栗轴带动叶轮旋转，旋转叶轮中的叶片驱使液体一起旋 转，因而产生离心力，在离心力的作用下，液体沿叶片流道被甩向叶轮出口，并流经蜗壳送 入排出管，液体从叶轮获得能量，使势能和动能均增加，相应的管路内的液体参数，压力、速 度、振动、噪声等也都随时变化，形成湍流现象。
[0003] 脉动压力即压力脉动，它就是压力作用于被作用对象上并不均匀，在某个部位有 较集中的或是较大的压力，且这种压力单次持续的时间不长，有可能呈现一定的周期性。压 力脉动不仅存在于气体中，而且存在液体运动中，因为压力脉动是造成压缩机和离心栗出 口管道产生振动和破坏的主要源头，本领域技术人员对其的检测和控制，势在必行。现行 技术主要有设计脉动抑制装置，减小由气流脉动产生的压力不均匀度。中国专利文献CN 101264798A公开了一种三维空腔共振脉动压力及气动噪声抑制装置，该发明提供了一种流 动控制技术领域的三维空腔共振脉动压力及气动噪声抑制装置，包括：阵列式凹槽、作动簧 片、压电陶瓷片、安装座、压电陶瓷专用、高压电源、动态压力传感器以及配有A/D采集卡的 计算机，其可调节范围广，通过对空腔脉动压力的实时反馈，实现了对空腔三维空间的相控 阵精确控制，但是该发明只能对特定凹槽位置的脉动进行测量，不能针对性地测量整个空 腔范围内压力脉动的分布情况，因而不能针对性的对气动噪声进行抑制，测试过程消耗较 高。中国专利文献CN 102435176A公开了一种浅水湖泊风生波浪湖底脉动压力响应的测量 装置和方法，该装置包括：压力传感器，导气电缆，固定支架，可移动支架，带刻度的立杆，采 集卡以及稳压直流电源；其中压力传感器固定在可移动支架一端上，可移动支架的另一端 通过套筒固定在固定支架上，固定支架通过底板固定在需测定的床面；在竖直方向能上下 移动的带刻度的立杆底部固定在可移动支架上，压力传感器通过导气电缆分别与稳压直流 电源和采集卡连接，采集卡连接到电脑，利用该发明可以精确的采集到风生波浪的脉动压 力，为改善湖泊水质提供研究的基础，但是同样该现有技术均只是对特定位置的脉动压力 进行测量，并不能根据个别来描述压缩机的声源特性，应用在管道上也就不能针对性的减 少对管道产生的振动和破坏。
[0004] 因此，本领域技术人员极有必要提供一种操作简单，易于实现，响应速度快，能耗 低，并可得到精确的压缩机的源特性向量，整体的描述压缩机的管道脉动情况，为技术人员 对脉动压力的控制提供有效依据压缩机管道脉动测试方法。
【发明内容】
[0005] 针对上述的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种操作简单，易于实现，响应 速度快，能耗低，并可得到精确的压缩机的源特性向量，整体的描述压缩机的管道脉动情 况，为技术人员对脉动压力的控制提供有效依据压缩机管道脉动测试方法。
[0006] 为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
[0007] -种压缩机管道脉动测试方法，包括以下步骤：
[0008] S1、在压缩机进、出口两侧的管道上分别选择两个端口，共四个端口，在所述四个 端口处对应安装连接四个压力传感器，所述压力传感器的输出端通过导线与放大器连接， 所述放大器的输出端通过信号线与数据采集仪电连接，所述数据采集仪和数据分析仪通过 信号线电连接；
[0009] S2、启动所述数据采集仪和数据分析仪，在数据分析仪中输入设定压力传感器灵 敏度；
[0010] S3、保持压缩机不运转，在压缩机的管道系统上另加设一个外噪声源，运用双声源 法或双负载法创造两个不同的测试状态，接着使用数据采集仪采集分别在两个不相关的测 试状态下的四个端口处的脉动压力信号；
[0011] S4、数据分析仪则对采集到的脉动压力信号进行处理，所述处理过程为：采用傅立 叶变换将采集的时域信号转换为频域信号，即可得到压力信号；
[0012] S5、分别将压缩机进、出口四个端口处的声压即压力信号代入（1)式中，其中上标 〃'表示其中一个测试状态，上标表示另一个测试状态，角标'i'和'〇'分别表示压 缩机进口和压缩机出口，角标' + '和分别表示入射压力波和反射压力波，P为声压，得 到散射元素为Sn、S12、S21、S22的散射矩阵S，
[0014] S6、建立参考信号与（1)式中每一个状态向量分量的传递函数，所述传递函数是 在零初始条件下，线性系统响应量的拉普拉斯变换与激励量的拉普拉斯变换之比；
[0015] 对⑴式左右同时除以参考信号，并取它们的自谱和互谱，得到⑵式：
[0016] Hy=SHx (2)
[0017] 上式中：
[0020] 其中，Hpx是从参考信号（r)到状态向量分量（X)之间的传递函数；若矩阵1的 逆阵存在，则可以得到（3)式中的散射矩阵S :
[0022] 则散射矩阵S的各个分量如下所示： CN 105134574 A 说明书 3/7 页
[0029] S7、去掉外噪声源，仅在压缩机运转的情况下，测量压缩机进、出口四个端口处的 脉动压力信号，测量所得值为Pll、Pcil、pl2、Pci2，并提出如下矩阵：
[0031] (6)式中：炙=仄/尺：，：/?, =</<分别是出口和入口处的反射系数；所述反射 系数可以通过下式得到：
[0034] 结合（6)式及关系式A =見+ +九，爲=/4 + ^ .，可以得到下式（7):
[0035] ps= Cp (7)
[0036] 或者：
[0038] (8)式中：C = (E-SR) (E+R) \ E为单位矩阵，C矩阵中的各个参数如下：
[0039] C11= (I-R0S11) (l+R〇) 1 (8-1)
[0040] C12=-S12R1(HR1)1 (8-2)
[0041] C21=-S21R0(HR0)1 (8-3)
[0042] C22= (I-R1S22) (1+R,) 1 (8-4)
[0043] 将散射矩阵的元素 Sn、S12、S21、S22和测量所得值为p u、Pcil、pl2、Pci2代入到（8)式 中，即可得到压缩机的源特性向量PsW 和<。
[0044] 所述压力传感器均安装在基座上，所述基座焊接在管壁上，且测试时压力传感器 与管内壁保持一致。
[0045] 所述压力传感器为高强度不锈钢材质。
[0046] 所述散射矩阵S与压缩机端口的位置无关，与试验工况、试验条件无关，是压缩机 的固有特性。
[0047] 本发明的有益效果在于：
[0048] 1)、本发明提供的压缩机管道脉动测试方法，在压缩机进、出口分别选择两个端 口，共四个端口，在四个端口对应安装连接四个压力传感器，压力传感器的输出端通过导线 与放大器连接，放大器的输出端通过导线与配有A/D采集卡的数据分析仪连接，在数据分 析仪上安装有测试软件，无论是安装或是操作均非常简单且易于实现，只需对压缩机在不 运转情况下运用双负载法创造两个不相关的测试状态，测量四个端口的脉动压力信号，得 到两组不相关的数据，代入公式（1)，得到散射矩阵S ;然后再去掉外声源，仅在压缩机运转 的情况下，测量四个端口处的脉动压力信号，代入公式（8)，得到压缩机的源特性向量ps。
[0049] 该测试方法通过对特定位置的脉动进行测量，对压缩机进出口管道的整体特性进 行了描述，降低了人力物力上的消耗，具有较高的测试效率，为管路脉动分析提供了可靠的 依据，对管路维护工作具有较大的指导意义。
[0050] 2)、对于适用于四端网络模型的压缩机，声学双端口源可用进出口端的状态参数 以及它们之间的线性关系来描述，要么用声压和质点振速，要么用声压向两个方向传递的 分量。前者采用传递矩阵法，后者采用散射矩阵法.如果压缩机内的流道显著地小于声波 波长，则压缩机便可以看成是一个点声源或是一个面声源，这样传递矩阵的方法便能够提 供一个准确地描述源特性的方法。相反，源压和质点速度需要一系列的值，这些值随描绘压 缩机体积的物理模型而定，或者更具体一点，是与压缩机端口的位置有关，这样传递矩阵法 便不能很好地得到源特性向量的大小，从而描述源特性，而本发明采用的散射矩阵与压缩 机端口的位置无关，故能很好地用S和？；3描述压缩机的源特性。
[0051] 3)、本发明在压缩机不运转的情况下可以采用双声源法或双负载法制造两种不同 的状态，对于双声源法可以是通过改变声源的位置而保持测试系统中的其它部分不变，也 可以是保持系统以及声源的位置均不变，但改变声源发出信号的强弱；双负载法通过使用 不同长度的直管道来加以改变，使用此两种方法不要求管道下游为无反射端，测量较为准 确，为得到精确的压缩机源特性提供了重要的保证。
【附图说明】
[0052] 图1为压缩机管道脉动测试系统图。
[0053] 图2为四端网络法测量原理图。
[0054] 图3为离心栗管道脉动测试系统布置图。
[0055] 图4为离心栗管道脉动测试系统加入外噪声源的测试图。
【具体实施方式】
[0056] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一 步地详细描述。需要指出的是，除本发明中记载的公式以外，脉动压力信号的傅里叶变换， 参考信号以及传递函数选取和计算均可以参见现有技术。
[0057] 首先应当说明的是，对于压缩机这样的进、出口端之间有声学耦合且两端口的状 态均为时变的流体机械，可以适用于四端网络模型，由于散射矩阵S与压